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耐火材料行业知识

如何在砌筑施工时就避免阳极焙烧炉火道墙变形严重问题

某公司有立装、卧装两种形式敞幵式阳极焙烧炉6台,专业生产铝电解用炭阳极。焙烧炉大修周期通常为8~10年,焙烧炉整体大修后4年内.火道墙经过正常的维护保养,一般不会出现严重变形,不需要规模性的投资修理。
近3年,该公司对超大修周期使用的焙烧炉进行了整体拆除大修,对其他炉室变形严重的火道墙也进行了局部拆除重新砌筑但是,焙烧炉在使用中,出现火道墙严重的规律性C形弯曲变形,有些甚至在砌筑后不足一年便出现明显的弯曲或破损裂缝,火道墙的变形和破损,给公司炭阳极的生产组织、产品质星、成本控制等造成巨大困难,对电解槽的工艺参数控制和平稳运行造成极大不确定性影响。
火道墙变形破损原因分析
根据火道墙墙体规律性C形变形、墙面局部内凹、贯通形裂缝、修理时拆除的黏土耐火砖变形情况等,结合砌筑时的工艺控制、日常使用维护实际,对焙烧炉火道墙的弯曲变形和破损,从工艺特点、墙体几何形状、劣化趋势、拆除后废料的状态等方面,以火道墙自身为主进行原因分析。
(1)由于产品生产工艺特点所限,火道墙使用过程中,墙体在每批次炭阳极焙烧过程中,必须经历自然温度→逐渐升温→1250℃高温保持→降温→空气快速冷却→外界自然温度状态,这样的温度变化循环过程在焙烧炉的生产中持续循环进行这种周期性温度循环造成火道墙本体材料性能恶化、砌筑缝隙和结构劣化、抵抗外力能力降低.
(2)火道墙砌筑耐火砖因承重和温度不同,在高温状态发生不同塑性蠕变、几何尺寸变化在每个温度变化周期,火道墙整体几何形状发生热胀冷缩,各层及砖体发生水平方向微簠延伸、竖直方向微量缩小的不规则变形.这种理论分析结果,从火道墙重砌时拆除的耐火砖大虽纵向穹曲、横向扭转现象中,得到充分验证。
(3) 火道墙耐火砖和耐火泥具备固有的抗热震性、热蠕变属性,不同品级的耐火材料属性各不相同,在火道墙温度周期循环中,造成耐火砖疲劳破坏,砌筑砖出现微裂纹,局部破损,尤其是火道墙部分横向受力的拉筋砖和喷嘴直喷砖,由于受加热火焰的直接喷射灼烧作用,疲劳破坏尤为严重(如图3),长期运行后破坏了火道墙宽度方向的稳定性,在填充料和炭阳极装出外力作用下,形成了使用中火道墙变形、内凹等缺陷,而且随着使用时间延长和保养缺失持续劣化。
(4)火道墙砌筑工艺控制不严格,部分间隙偏小,在火道墙砌筑完成后没有足够的养生,水分自然挥发排出时间短。新砌筑火道墙直接投入使用,升温过程中耐火砖线性变化和水分快速汽化膨胀逸出,形成墙体在使用过程中纵向几何变形不一致。火道墙砌筑层纵向间隙发生不同步减小,个别间隙消失,形成墙体砌筑砖纵向刚性挤压、整体伸长,破坏了火道墙本身膨胀补偿结构,原设计火道墙自动调节功能消失,火道墙出现变形、局部结构和形状破坏,而且随使用时间延长持续劣化。
(5)焙烧炉生产的每个温度变化周期,火道墙砌筑砖均出现不同温度梯度的线性热脒冷缩效应,部分砌筑层因伸缩间隙不同出现刚性挤压,在料箱内填充料的挤压作用下,墙面形成C形弯曲变形;部分砌筑层甶于变形不同步性,发生竖向间隙被拉伸变大在周期性的混合作用后,逐步形成了使用中的火道墙断裂甚至错位、大面积变形。
(6)焙烧炉运行中同一火道墙不同层或同层不同部位的不同步变化,造成火道墙局部应力集中,火道墙同层或不同层间出现局部相对运动,墙体拉筋砖在长期火焰灼烧和墙体变形产生力作用下,产生扭曲变形或断裂,墙体原始结构破坏,火道墙稳定性恶化,促进了火道墙运行后期的整体迅速破坏。
(7)焙烧炉运行中,填充料在火道墙上烧结,未及时清理,多功能天车装出炉过程中对墙体的碰撞,人工炉面临时作业偶发事件,受损火道墙维护保养不及时等外因,对火道墙的深度劣化、变形甚至坍塌有直接促进作用。
(8)上述不利因素同时并存、周期性持续产生,形成恶性循环,导致火道墙后期的严重变形、甚至坍塌,严重影响炭阳极焙烧质虽、产品合格率、以及单位产品能耗。
控制措施
(1)在焙烧炉新建或修理维护前,控制材料成分和理化指标,尤其是砌筑用砖的抗热震性、热膨月长率、高温蠕变性和高温状态强度,同时控制砌筑泥浆的耐火度和黏结性能,对使用材料分批次严格进行入场检验,确保材料符合设计要求
(2)火道墙砌筑前.制定符合实际、标准严格的项目实施计划,细化施工作业指导书,严格控制施工进度和质星,确保计划的可操作性.
(3)通过资质、经验等条件限制,优选火道墙砌筑人员,规定企业合理的定额工作星,实现每条火道墙由同一人砌筑、其他人配合,以确保砌筑质量的可靠与持续性。
(4)严格执行作业指导书,控制砌筑质量,按照设计尺寸和工艺标准施工,严格控制砌筑过程中标高、水平尺寸,调整不同偏差耐火砖,在材料尺寸上确保火道墙立缝间隙大小和均匀性、卧缝泥浆厚度及饱满度。
(5)火道墙砌筑的每一个工序上,立缝间隙标准尽量靠近最大极限偏差。严格执行设计意图,处理好火道墙与横墙之间、火道墙内部的各膨胀间隙。
(6)细化过程检查和验收,加强检验批管理,通过火道墙砌筑中每层砖、每个步架的检査验收,从基础和细节上确保整个火道墙的砌筑质量,火道墙新砌或维护修理后,必须进行验收,从制度和工作程序上确保火道墙本体质量。
(7)在火道墙修理完工后,须对新砌筑火道墙墙体养生,使水分自然风干,然后按照标准烘炉曲线烘炉,以防火道墙因砌筑水分原因而出现开裂现象。
(8)运行中严格执行人员作业规范、温度工艺曲线,保持温度调整连续平稳,杜绝异常温度控制手段或严重偏离温度曲线运行。
(9)加强火道墙维护,及时清理墙体粘结料,清除竖向间隙中夹杂的刚性物质,修补炉墙缺陷。
(10)对出现整体变形的火道墙进行人工或机械干预,减小火道墙几何形状劣化速度。
(11)减少设备、制品,填充料、火焰等外界因素对火道墙的不利影响,减少人为损坏。
结 语
通过加强火道墙整体砌筑、升温保养、运行中的维护保养,强化火道墙性能劣化的各项预防控制措施,提高了焙烧炉火道墙使用寿命,保证了焙烧块产品品质,降低了单位产品能耗和成本。


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